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Elektromobilität Beschichtungsverfahren verspricht billigere Batterien

| Autor/ Redakteur: Ampnet/Sm / Maximiliane Reichhardt

Ein Forschungsteam des KIT hat ein neues Beschichtungsverfahren für Elektroden von Lithiumionen-Batterien entwickelt. Durch dieses sollen Elektroden schneller und kostengünstiger produziert werden.

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Das neue Beschichtungsverfahren für Elektroden von Lithiumionen-Batterien.
Das neue Beschichtungsverfahren für Elektroden von Lithiumionen-Batterien.
(Bild: KIT)

Einem Forschungsteam des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) ist eigenen Angaben zu Folge dank eines neuen Beschichtungsverfahrens die bislang schnellste Produktion von Elektroden für Lithiumionen-Batterien gelungen. Gleichzeitig soll das neue Verfahren die Qualität der Elektroden verbessern und die Produktionskosten reduzieren.

Die Herstellung der Elektroden

Beim Herstellen von Elektroden für Batterien wird Elektrodenmaterial als dünne Paste in einem rechteckigen Muster auf eine Folie aus Kupfer oder Aluminium aufgetragen. Unterbrochen ist das Muster von kurzen Abschnitten unbeschichteter Folie, die zur Ableitung der Elektronen unerlässlich sind. Für diese Abschnitte muss der Beschichtungsprozess immer wieder unterbrochen und neu gestartet werden. Eine besondere Herausforderung besteht dabei darin, scharfe Kanten ohne ein Verschmieren des Materials bei gleichzeitig sehr hohen Produktionsgeschwindigkeiten zu ermöglichen.

„Selbst kleine Produktionsfehler machen Batteriezellen unbrauchbar. Auch aufgrund des hohen Ausschusses und des geringen Durchsatzes sind Lithiumionen-Batterien heute teurer, als es eigentlich notwendig wäre,“ erklärt Professor Wilhelm Schabel vom Institut für Thermische Verfahrenstechnik – Thin Film Technology, der am KIT für die Forschung zu diesem Thema verantwortlich ist. Und er ergänzt, dass gerade dieser Bereich die höchsten Kosteneinsparungen in der Zellfertigung ermögliche.

Hohe Geschwindigkeit dank einer schwingenden Membran

Eine entscheidende Weiterentwicklung gelang nun laut KIT dem Doktoranden Ralf Diehm in Schabels Gruppe. Er hat die Düse für das Elektrodenmaterial mit einer schwingenden Membran, die das Auftragen der Beschichtungspaste zyklisch stoppt und wieder startet, ausgestattet und weiterentwickelt. „Da diese Membran im Vergleich zu mechanischen Ventilen viel leichter ist, sind sehr schnelle Reaktionszeiten und somit hohe Geschwindigkeiten möglich“, erklärt Diehm. „Bislang waren Hersteller auf Geschwindigkeiten von etwa 30 bis 40 Meter pro Minute begrenzt. Mit der neuen Technologie erreichen wir bis zu 150 Meter pro Minute bei der Elektrodenbeschichtung.“

Neben einer höheren Produktionsgeschwindigkeit hat ein Wegfall mechanischer Teile in der Auftragsdüse noch weitere Vorteile für die Elektrodenherstellung: Weil sich die Membran viel präziser steuern lässt als mechanische Ventile, verbessert sich die Fertigungsqualität und der Ausschuss verringert sich. Die Technologie soll nun im Rahmen eines Spin-offs von Ralf Diehm und seinem Team vom Labor zur industriellen Produktion überführt werden.

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